3D打印技术在脊柱手术中的应用及前景

 3D打印技术从概念的提出到现在已有35年，但在医疗领域的应用不过短短数年。该技术的关键是3D打印可以无限接近地复制所需修复的人体组织，并重建该组织，患者术后的恢复情况相较前期的钛网修复在安全性、修复效果等方面有着质的提升。3D打印技术在脊柱外科已经得到不断深入的应用，从简单的3D打印模型来术前规划，发展为脊柱外科术中的导向器，目前成为打印的植入物本身。

一、3D打印模型用于手术计划

复杂的脊柱畸形矫正手术目前仍然是一项艰巨的任务，比如颅颈交界处畸形的矫形术、先天性脊柱侧弯矫形术等。为了评估脊柱畸形的严重性并对外科手术进行计划，医师在传统上依赖于包括x光、透视、计算机断层扫描(CT)和磁共振成像(MRI)的成像模式。然而，放射平片图像或3维扫描数据的2维投影无法准确地表示出3D解剖畸形的全部细节，从而在术前规划过程中降低了它们的价值。

在复杂脊柱畸形中，全面信息需要通过3D重建模型来获取，使用常规的成像模式往往不够，如果单纯根据CT的3D重建会带来不全面的信息，常迫使术中需要做出相应改变，比如对植入物、手术方法或固定方式进行调整等。3D打印模型技术越来越多地用于复杂手术的术前计划。在平面成像模式下容易遗漏或误解的高度复杂畸形的解剖细节，在3D打印模型上可以得到精确再现。

进一步研究发现，3D打印的生物模型提供了许多便利，并带来更好的手术效果。比如在畸形颈椎手术前使用3D模型进行规划，发现对颈椎椎弓根螺钉轨道及进钉点的评估更理想，并能确定枕颈连接处内固定位置，避免术后吞咽困难等并发症。多个研究均表明3D打印模型具有明显的视觉优势，更有利于术前计划、选择内固定及植入位置的判断，并能减少手术时间、减少手术失误率。此外，3D打印模型是与同事及患者/家属沟通的一个理想工具，可以帮助术者更好地理解病变部位解剖结构、手术方式及相应风险。

随着3D打印技术不断发展，打印模型的成本逐渐降低，目前打印一个模型成本在100元左右，3D打印将成为脊柱畸形手术的重要组成部分。

          二、3D打印设计患者个体化手术导向模板

自2009年以来，椎弓根置钉设计及制作导向模板成为3D打印应用的新领域，特别是颈椎手术、上胸椎手术。该部位的解剖结构相当密集，在儿科病例中更是如此，精密的神经组织密切相邻，此时精确的螺钉置入至关重要。多个研究证明了3D打印椎弓根钉导向模板的有效性，术中的置钉位置和角度与术前预期非常接近。

三、3D打印定制个体化植入物

   近年来金属印刷技术(如激光直接烧结和电子束熔炼技术)的发展，使个体化定制的脊柱植入物变得可行。比起传统的脊柱植入物，3D打印通用的和定制的金属植入物具有许多优点。比如，3D打印符合患者椎体终板几何形状的植入物具有更好的刚度及抗压能力，同时钛金属多孔结构材料具有诱导骨长入的生物活性，具有很大的潜力成为骨替代材料。目前，已有许多公司专门为患者定制个体化的脊柱植入物。

相比术前设计模型、术中导向模板，3D打印个体化植入物得以成为一个理想的发展方向，并将体现出3D打印技术的最大效益，可使手术更加微创、更加精确。3D打印技术可能会对医疗保健领域做出更大贡献，甚至可能带来医疗保健模式的改变。

利用金属3D打印技术，依照患者的解剖结构，制造出与患者自身脊椎形态与长度相仿的人工椎体，3D打印人工椎体的特殊之处在于能被制成海绵状的微孔结构，类似人体骨头中的骨小梁。有了这种“骨小梁”，相邻正常脊椎的骨细胞可以长入其中，最终实现骨融合。

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